Почему небо голубое, а закат красный

В ясный день небо кажется голубым. Ближе к закату оно может стать оранжевым, розовым или тёмно-красным. Воздух не меняет цвет внезапно. Разница связана с солнечным светом, атмосферой и расстоянием, которое свет проходит до наших глаз.

Солнечный свет кажется белым, но содержит множество цветов. Некоторые из них видны в радуге: красный, оранжевый, жёлтый, зелёный, голубой, синий и фиолетовый. У каждого цвета своя длина волны. У красного света волна сравнительно длинная, а у синего и фиолетового — более короткая.

Что происходит в атмосфере?

Атмосфера Земли содержит крошечные молекулы газов. Когда солнечный свет встречается с ними, часть света рассеивается в разных направлениях. Короткие волны рассеиваются значительно сильнее длинных. Это явление называется рэлеевским рассеянием.

Поэтому синий свет распространяется по всему небу и попадает к нам с разных направлений. Когда мы смотрим в сторону от Солнца, синий свет, попадающий в глаза, уже изменил направление в атмосфере. Небо выглядит голубым, хотя сам воздух бесцветен.

Почему не фиолетовое?

Фиолетовый свет имеет ещё более короткую волну и тоже сильно рассеивается. Однако Солнце излучает меньше фиолетового света, чем синего, часть фиолетового поглощается высоко в атмосфере, а человеческие глаза менее чувствительны к нему. Вместе эти причины делают голубой цвет основным для нашего восприятия.

Почему закат выглядит иначе?

Когда Солнце находится высоко, его свет проходит через сравнительно небольшой слой атмосферы. На рассвете и закате лучи входят под малым углом и преодолевают гораздо больше воздуха. На этом длинном пути большая часть синего и фиолетового света рассеивается до того, как прямой свет достигает наблюдателя.

Остаются преимущественно жёлтые, оранжевые и красные оттенки. Пыль, дым, загрязнение, морская соль и капли воды могут дополнительно менять цвета. Тонкие облака иногда ловят красный свет и начинают светиться розовым.

Простой домашний опыт

Эффект можно приблизительно показать с помощью прозрачного стакана, воды, нескольких капель молока и фонарика. Добавьте в воду совсем немного молока и направьте свет сбоку. Мелкие частицы молока будут рассеивать свет. При взгляде сбоку жидкость может казаться слегка голубоватой, а свет, прошедший через длинную часть стакана, — желтоватым или оранжевым.

Эта модель не полностью повторяет атмосферу, но демонстрирует главную идею: видимый цвет зависит от пути света и от того, какие волны рассеиваются к наблюдателю или в сторону от него.

Почему облака белые?

Капли воды в облаках намного крупнее молекул воздуха. Они более равномерно рассеивают разные цвета видимого света, поэтому обычные облака кажутся белыми или серыми. Нижняя часть плотного облака выглядит тёмной, потому что до неё доходит меньше света.

Меняющиеся цвета неба — не просто украшение природы. Это наглядный урок физики, который проходит над нами каждый день. Голубое дневное небо и красный закат являются двумя результатами взаимодействия одного и того же солнечного света с одной и той же атмосферой.